i nästan ett år bodde identiska tvillingar Scott och Mark Kelly i olika världar — bokstavligen. Mark åtnjöt jordbunden pensionering i Tucson, Ariz. Under tiden flöt Scott i mikrogravitation ombord på den internationella rymdstationen cirka 400 kilometer (250 miles) ovanför planeten. Det året ifrån varandra har gett forskarna den tydligaste titt ännu på hur långsiktigt rymdljus kan påverka människokroppen.,
tio vetenskapsteam i NASA: s tvillingar studie undersökte bror astronauter före, under och efter Scotts 340 dagar i rymden. Lagen studerade varje tvillings kroppsfunktioner. De körde minnestester. Och de undersökte Herrarnas gener och såg vilka skillnader som kan bero på rymdfärder.
de efterlängtade resultaten uppträdde 12 April i vetenskapen. De bekräftar att långa rymdresor stressar människokroppen på många sätt. Space living kan ändra gener och skicka immunsystemet till overdrive. Det kan tråkig mental resonemang och minne.,
det här är ”den mest omfattande uppfattningen att vi någonsin har haft av människokroppens svar på rymdljus”, säger Susan Bailey. Hon studerar strålning och cancer vid Colorado State University i Fort Collins. Hon ledde också en av NASA: s forskargrupper. Hon säger att det fortfarande är oklart om de förändringar som ses kommer att orsaka långsiktig skada.
gener i rymden
forskarna kunde inte gå med Scott när han kom in i rymden i mars 2015. Så han var tvungen att hjälpa dem. Medan han var i omlopp samlade han prover av hans blod, urin och avföring., Andra besökande astronauter bar dem tillbaka till jorden. Därefter körde forskargrupperna en mängd olika tester för att analysera olika kroppsfunktioner. De jämförde dessa data med de som togs före och efter Scotts rymdljus.
Scotts prover från rymden visade många genetiska förändringar från de som tagits på jorden. Mer än 1000 av hans gener hade kemiska markörer som inte fanns i hans preflight-prover eller i prover från Mark. Dessa kemiska markörer kallas epigenetiska (Ep-ih-jeh-NET-ik) taggar. De kan läggas till eller tas bort på grund av miljöfaktorer. Och de påverkar hur gener fungerar., En tagg kan påverka deras aktivitet genom att bestämma om, när eller hur länge en gen slås på eller av.
några av Scotts gener förändrades mer än andra. De med de mest epigenetiska taggarna hjälpte till att reglera DNA, Baileys team hittade. Vissa hanterar DNA-reparation. Andra kontrollerar längden på kromosomernas tips, kallade telomerer.
telomerer tros skydda kromosomer. Förkortade telomerer har kopplats till åldrande och hälsorisker, såsom hjärtsjukdomar och cancer. Forskarna hade förväntat sig att Scotts telomerer skulle förkortas i den låga gravitationen och den höga strålningen av rymden., Så de blev förvånade över att de faktiskt hade vuxit-14,5 procent längre.
den tillväxten varade dock inte. Inom 48 timmar efter att hans mars 2016 återvände till jorden krympte Scotts telomerer snabbt. Inom flera månader var de flesta tillbaka till preflight längder. Men vissa telomerer hade blivit ännu kortare. ”Det kan vara där han kan vara i ökad risk” av cancer eller andra hälsoproblem, säger Bailey.,
Christopher Mason studerar humangenetik vid Weill Cornell Medicine i New York City. Hans grupp tittade på vilka gener som påverkades av rymdljus., I Scotts tidiga blodprover från rymden noterade Masons team många immunsystemgener bytte till aktivt läge. Medan en kropp är i rymden, ”immunsystemet är på nästan en hög varning som ett sätt att försöka förstå denna nya miljö”, säger Mason.
Scotts kromosomer gick också igenom många strukturella förändringar, ett annat lag hittade. Kromosomdelar byttes, vändes upp och ner eller till och med sammanfogades. Sådana förändringar kan leda till infertilitet eller vissa typer av cancer.
Michael Snyder, som ledde en annan av lagen, blev inte förvånad över sådana förändringar., ”Det här är naturliga, väsentliga stressreaktioner”, säger han. Snyder studerar humangenetik vid Stanford University i Kalifornien. Hans grupp letade efter stressorsakade förändringar i tvillingarnas immunsystem, metabolism och produktion av proteiner. Det är troligt att högenergipartiklar och kosmiska strålar i rymden förvärrade förändringarna i Scotts kromosomer, säger Snyder.
bestående effekter
de flesta förändringar som Scott upplevde i rymden omvänd när han återvände till jorden. Men inte allt.
forskarna testade Scott igen efter sex månader tillbaka på land., Ungefär 91 procent av de gener som hade förändrat aktiviteten i rymden var nu tillbaka till det normala. Resten stannade i rymdläge. Hans immunförsvar, till exempel, förblev på hög beredskap. DNA-reparations gener var fortfarande alltför aktiva och några av hans kromosomer var fortfarande topsy-turvy. Vad mer, Scotts mentala förmågor hade minskat från preflight nivåer. Han var långsammare och mindre exakt på korttidsminne och logiska tester.
det är oklart om dessa resultat är definitivt från spaceflight. Det beror delvis på att observationerna är från endast en person., ”Bottom line: Det finns ett ton vi inte vet,” säger Snyder.
fler svar kan komma från kommande uppdrag. I oktober förra året finansierade NASA 25 nya projekt som var och en kunde skicka upp till 10 astronauter på årslånga rymduppdrag., Och den 17 April meddelade NASA ett utökat rymdbesök för den amerikanska astronauten Christina Koch. Hon nådde den internationella rymdstationen i Mars. Detta uppdrag, fram till februari 2020, kommer att göra hennes rymdljus den längsta men för en kvinna.
men för att lära sig hur rymden verkligen påverkar hälsan kan det kräva ännu längre resor. Ett uppdrag till Mars och tillbaka skulle ta uppskattningsvis 30 månader. Det skulle också skicka astronauter bortom jordens skyddande magnetfält. Fältet skyddar mot DNA-skadlig strålning från solfläckar och kosmiska strålar.,
endast astronauter på månens uppdrag har gått bortom jordens magnetfält. Ingen av dessa resor varade mer än några dagar vardera. Så ingen har spenderat ens ett år i den oskyddade miljön, än mindre 2,5 år.
Markus Löbrich arbetar vid Tekniska Universitetet i Darmstadt i Tyskland. Även om han inte ingår i NASA-Tvillingarna studerar han strålningens effekter på kroppen. De nya uppgifterna är imponerande, säger han, men betonar att vi ännu inte är redo för långsiktiga rymdresor.,
ett sätt att undvika sådana långa utrymmeexponeringar skulle vara att påskynda resan, noterar han. Kanske nya sätt att driva raketer genom rymden kan nå avlägsna platser snabbare. Men mest av allt, säger han, skicka människor till Mars kommer att kräva bättre sätt att skydda människor mot strålning i rymden.